CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIấN CỨU
2.5.3.3.Mụ hỡnh đối xứng trục
2.5. LỰA CHỌN CÁC THễNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA PHẦN MỀM PLAXIS V8
2.5.3.3.Mụ hỡnh đối xứng trục
Mụ hỡnh đối xứng trục trong Plaxis (Hỡnh 2.40) được sử dụng cho cấu trỳc hỡnh trũn mặt cắt xuyờn tõm, trong mụ hỡnh đối xứng trục biến dạng và trạng thỏi ứng xuất được giả định là giống hệt nhau trong bất kỳ hướng nào xung quanh trục trung tõm. Trong mụ hỡnh này trục tọa độ x đại diện cho trục bỏn kớnh và toạ độ y tương ứng với trục trung tõm.
Hỡnh 2.40- Mụ hỡnh đối xứng trục trong Plaxic V8.2
(Hỡnh 2.41) mụ tả sự làm việc đồng thời của CĐXM và phần đất yếu xung quanh cọc. Khi đú 1 cọc đại diện sẽ được tớnh toỏn với vựng đất xoay trũn xung quanh cọc. Mụ hỡnh đối xứng trục đặc biệt phự hợp với vựng đất yếu cần gia cố cú kớch thước lớn.
(a) (b)
Hỡnh 2.41 - Mụ hỡnh đối xứng trục cho hệ CĐXM (a) và Lưới phần tử hữu hạn (b)
Việc tớnh toỏn diện tớch đất yếu làm việc xung quanh 1 CĐXM được tiến hành như trờn Hỡnh 2.41b. Hỡnh trũn của đất yếu xung quanh CĐXM (Hỡnh 2.42a) được lấy cú diện tớch bằng hỡnh vuụng trờn (Hỡnh 2.42b)
(a) (b)
Theo phõn tớch ở trờn mỗi mụ hỡnh biến dạng phẳng, đối xứng trục hay phõn tớch 3 chiều đều cú ưu nhược điểm riờng . Với đặc điểm kết cấu hỡnh trũn, tải trọng đối xứng với nhau theo tất cả cỏc phương quanh trục trung tõm (trục đi qua tim cọc) thỡ sự làm việc của hệ CĐXM phự hợp với mụ hỡnh đối xứng trục. Do vậy mụ hỡnh đối xứng trục sẽ được lựa chọn cho tớnh toỏn ở chương III của luận ỏn.
2.5.4. Cỏc tham số đặc trưng cơ lý của vật liệu
2.5.4.1. Tớnh thấm [58]
Plaxis phõn biệt giữa hệ số thấm theo phương ngang kx và theo phương đứng ky.
Hỡnh 2.43- Hệ số thấm kx và ky
Trong đất, sự khỏc nhau về hệ số thấm giữa cỏc lớp đất là rất lớn. Tuy nhiờn khi lấy giỏ trị hệ số thấm khụng nờn lấy quỏ cao hay quỏ thấp dẫn đến ma trận bị khuyết. Để cú thể thu được kết quả chớnh xỏc giỏ trị hệ số thấm lớn nhất và nhỏ nhất khụng nờn vượt quỏ 10-5 m/ngày.
2.5.4.2. Cường độ lớp phõn giới (Rinter ) [58]
Mụ hỡnh đàn dẻo dựng để mụ tả quan hệ của cỏc lớp phõn cỏch, sự ảnh hưởng lẫn nhau trong cấu trỳc của đất . Tiờu chuẩn Coulomb dựng để phõn biệt giữa quan hệ đàn hồi và dẻo khi xảy ra chuyển vị nhỏ trong lớp phõn giới.
Trong giai đoạn đàn hồi ứng suất cắt τ cho bởi :
(2.138) Và trong giai đoạn dẻo :
n i i c tan (2.139) i i n c tan
Ở đõy i : gúc ma sỏt
ci : hệ số cố kết của lớp phõn giới σn : ứng suất phỏp của lớp phõn giới . τ : ứng suất cắt của lớp phõn giới .
Đặc trưng cường độ của lớp phõn giới liờn quan với đặc trưng cường độ của lớp đất . Mỗi dữ liệu thiết lập liờn quan làm giảm hệ số cường độ của lớp phõn giới. Đặc tớnh của lớp phõn giới được tớnh từ đặc tớnh của đất liờn quan đến dữ liệu được thiết lập và làm giảm hệ số cuờng độ, ỏp dụng theo cụng thức :
(2.140) i er soil soil R tan tan tan int (2.141) Thụng thường cho mụ hỡnh thực đất – cụng trỡnh , lớp phõn giới yếu và dẻo hơn
là sự kết hợp giữa cỏc lớp đất , điều này nghĩa là giỏ trị của Rinter nhỏ hơn 1. Giỏ trị phự hợp cho Rinter trong trường hợp lớp phõn giới giữa cỏc loại đất và cụng trỡnh trong đất cú thể tỡm được trong cỏc số liệu của hồ sơ cụng trỡnh. Trong trường hợp thiếu thụng tin chi tiết cú thể giả thiết Rinter lấy bằng 2/3 cho tương tỏc cỏt-sột hoặc bằng 1/2 cho tương tỏc sột - thộp . Sự ảnh hưởng ở những nơi bờ tụng gồ ghề thường cho giỏ trị lớn hơn .
Hỡnh 2.44- Cường độ phõn giới Rinter 2.5.4.3. Mụ đun đàn hồi (E) 2.5.4.3. Mụ đun đàn hồi (E)
Plaxis dựng mụ đun đàn hồi như là mụ đun độ cứng trong mụ hỡnh đàn hồi và mụ hỡnh Mohr-Coulomb. Một mụ đun độ cứng cú thứ nguyờn của ứng suất. Trong cơ học
soil er
i R c
đất, độ dốc ban đầu thường được xem là E0 và mụ đun cỏt tuyến tại 50% cường độ được xem như là E50 (Hỡnh 2.45). Cho cỏc vật liệu cú khoảng đàn hồi tuyến tớnh lớn nú thường dựng E0, trong tổng quỏt thường dựng là E50 . (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hỡnh 2.45 -Định nghĩa của E0 và E50 cho thớ nghiệm nộn 3 trục
2.5.4.4. Hệ số poisson ()
Hệ số poisson (): Được xỏc định từ thớ nghiệm nộn 3 trục thoỏt nước, lỳc ban đầu khi chưa cú tải cú giỏ trị thấp cho đến khi bắt đầu cú tải sẽ làm giảm thể tớch đỏng kể. Trong Plaxis hệ số được xỏc định theo quan hệ
K0=σh/σv = /(1-) (2.142) Thụng thường giỏ trị K0 thu được nằm trong khoảng 0,3-0,4 suy ngược lại sẽ
tỡm được hệ số poisson
2.5.4.5. Lực dớnh đơn vị (c)
+ Lực dớnh đơn vị c: Đại diện cho thứ nguyờn của ứng suất. Lực dớnh đơn vị tựy thuộc vào từng loại vật liệu. Tuy nhiờn trong mọi trường hợp khụng nờn chọn lực dớnh đơn vị c = 0 vớ dụ như đất cỏt (c=0) vỡ lỳc đú sẽ xuất hiện ma trận suy biến. Để trỏnh sự phức tạp trờn trong phần hướng dẫn Plaxis khuyến cao nờn chọn giỏ trị nhỏ nhất (c=0,2 kPa).
2.5.4.6.Gúc nội ma sỏt ()
+ Gúc nội ma sỏt (): Làm gia tăng ảnh hưởng của tớnh dẻo. Thời gian tớnh sẽ gia tăng nhiều hay ớt theo hàm mũ của gúc nội ma sỏt, để giảm thời gian và số lần tớnh toỏn trong Plaxis khuyến cỏo khụng nờn chọn gúc nội ma sỏt vượt qua 35o.
Hỡnh 2.46 -Vũng trũn Mohr 2.5.4.7. Gúc trương nở ()
+ Gúc trương nở : Được phõn cho cỏc loại đất khỏc nhau vớ dụ : đất sột xem như khụng cú gúc trương nở ( =0). Gúc trương nở của cỏt phụ thuộc vào trọng lượng thể tớch γ và gúc nội ma sỏt .
2.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG
Chương II đó trỡnh bày chi tiết về cỏc phương phỏp tớnh toỏn thiết kế hệ CĐXM nờu rừ được cỏc ưu và nhược điểm của từng phương phỏp. Trờn cơ sở đú Nghiờn cứu sinh đó nghiờn cứu, lựa chọn được phương phỏp tớnh phự hợp với nội dung luận ỏn là phương phỏp phần tử hữu hạn mà cụ thể là phần mềm Plaxis V8.2. Ở chương này, NCS cũng đó phõn tớch chi tiết thuật toỏn cũng như cỏc thụng số đầu vào của phần mềm Plaxis, từ đú đề xuất một mụ hỡnh tớnh toỏn với cỏc mụ hỡnh vật liệu, thụng số đầu vào… hợp lý nhất để sử dụng trong luận ỏn.
CHƯƠNG III
NGHIấN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THễNG SỐ CHÍNH KHI SỬ DỤNG HỆ CỌC ĐẤT XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRấN ĐẤT YẾU
3.1. VẤN ĐỀ ĐẶT RA
Trong cỏc chương trước, cỏc nội dung cơ bản về đặc điểm tớnh toỏn cũng như cỏc phương phỏp thiết kế dựa trờn yờu cầu ổn định tổng thể của nền đất yếu sử dụng CĐXM gia cố đó được trỡnh bày. Theo đú cú thể đỏnh giỏ tương đối về tớnh ổn định tổng thể của nền đất sau gia cố thụng qua việc kiểm soỏt ổn định chống trượt và chống lỳn. Tuy vậy, cỏc tớnh toỏn theo cỏc quy trỡnh thiết kế bộc lộ một số nhược điểm như khụng xột đến đặc điểm ứng xử cục bộ, trạng thỏi ứng suất, biến dạng của nền đất sau gia cố, bờn cạnh đú cũng chưa tỡm ra được một sơ đồ bố trớ hệ cọc hợp lý.
Thực tế ứng dụng hệ CĐXM làm nền múng cho cỏc cụng trỡnh giao thụng ở Việt Nam cũng cho thấy, cần thiết phải cú cỏc phõn tớch về trạng thỏi ứng suất, biến dạng, ứng xử cục bộ nhằm cú được một kết quả tớnh toỏn thiết kế chớnh xỏc và hợp lý. Núi cỏch khỏc, cựng với việc tớnh toỏn thiết kế theo quy trỡnh, cần thiết phải cú cỏc phõn tớch tớnh toỏn bằng phương phỏp số. Nghiờn cứu lựa chọn một mụ hỡnh tớnh toỏn hợp lý bằng phương phỏp số, khụng những cú thể mụ tả chớnh xỏc nhất ứng xử của nền đất yếu sử dụng CĐXM, mà cũn cú thể giỳp đỏnh giỏ ảnh hưởng của cỏc thụng số cơ bản của CĐXM như chiều dài cọc, đường kớnh cọc và khoảng cỏch giữa cỏc cọc đến. Vỡ vậy, việc nghiờn cứu cỏc thụng số chớnh khi sử dụng CĐXM trong xõy dựng nền đường đắp trờn đất yếu là nội dung chớnh của chương này.
3.2. TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ BỐ TRÍ HỢP Lí HỆ CĐXM
3.2.1. Phõn tớch mụ hỡnh tớnh toỏn hợp lý khi xột ảnh hưởng cỏc thụng số hỡnh học
Như đó trỡnh bày trong chương II, khi tớnh toỏn nền đất yếu gia cố bằng hệ CĐXM bằng phương phỏp phần tử hữu hạn, ta cú thể sử dụng cỏc mụ hỡnh khỏc nhau như mụ hỡnh biến dạng phẳng quy đổi tương đương, mụ hỡnh 3D và mụ hỡnh đối xứng trục. Trong đú, mụ hỡnh đối xứng trục được đỏnh giỏ là rất phự hợp cho cỏc phõn tớch cỏc ảnh hưởng của cỏc thụng số hỡnh học của hệ cọc như khoảng cỏch, đường kớnh và chiều dài cọc [16], [17], [18], khối lượng tớnh toỏn sẽ được giảm bớt rất nhiều so với mụ hỡnh 3D trong khi đú vẫn cú thể xem xột sự làm việc riờng rẽ giữa cọc và phần đất yếu xung quanh cọc.
3.2.2. Cỏc nội dung tớnh toỏn
3.2.2.1. Cỏc giả thuyết tớnh toỏn
Cỏc tớnh toỏn số được thực hiện với cỏc giả thiết cơ bản như sau:
Sử dụng mụ hỡnh đối xứng trục để xem xột sự làm việc của hệ cọc và nền đất,
Luật đàn dẻo Mohr-Columb được gỏn cho cỏc lớp đất và luật đàn hồi tuyến tớnh được gỏn cho phần CĐXM.
Sơ đồ tớnh toỏn với cỏc điều kiện biờn được mụ tả như trờn (Hỡnh 3.1). Lưới phần tử hữu hạn bao gồm cỏc phần tử tam giỏc 6 nỳt. Liờn kết giữa cỏc phần: CĐXM và đất nền cũng như giữa đất yếu, CĐXM và đất đắp nền đường được giả thiết là liờn tục; cỏc điều kiện biờn bao gồm cỏc liờn kết chống chuyển vị theo phương ngang ở biờn trỏi và biờn phải, liờn kết chống chuyển vị theo phương thẳng đứng ở biờn dưới. Điều kiện biờn về tải trọng tỏc dụng được biểu diễn bằng cỏc chuyển vị thẳng đứng tỏc dụng lờn bề mặt trờn cựng của nền đất đắp (trong luận ỏn NCS chọn cỏc chuyển vị thẳng đứng của bề mặt trờn cựng của nền đất đắp lần lượt là 0,1m; 0,2m; 0,3m vỡ trong Quy trỡnh khảo sỏt thiết kế nền đường ụ tụ đắp trờn đất yếu 22TCN 262:2000 (bảng II.1) [3] quy định độ lỳn tối đa của nền đắp trờn đất yếu cho phộp từ 0,1m - 0,3m) từ điều kiện biờn chuyển vị thẳng đứng ở bề mặt trờn cựng của nền đất đắp sẽ tớnh ra được độ lỳn của bề mặt nền đất tự nhiờn.
Hỡnh 3.1 - Lưới phần tử hữu hạn với cỏc điều kiện biờn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Quỏ trỡnh tớnh toỏn sẽ được thực hiện theo 2 trường hợp là khụng xột đến độ lỳn cố kết theo thời gian và cú xột đến độ lỳn cố kết theo thời gian và ảnh hưởng của dũng thấm.
3.2.2.2. Cỏc số liệu địa chất phục vụ tớnh toỏn
Với mong muốn cú một kết quả đỏng tin cậy và mang tớnh thống kờ cao, NCS đó tiến hành khảo sỏt cỏc điều kiện địa chất khỏc nhau đại diện cho cỏc vựng miền ở nước ta trong đú cú kiểm tra kết quả tớnh lại bằng kết quả số liệu đó tớnh của một số dự ỏn lớn đó sử dụng CĐXM để gia cố nền đất yếu. Vớ dụ : Dự ỏn đường cao tốc Bến Lức – Long Thành [11], Dự ỏn đường Liờn cảng Cỏi Mộp – Thị Vải [10], Hầm chui đường sắt trờn đại lộ Thăng Long [9], Dự ỏn xử lý nền đất yếu đường đầu cầu Nguyễn văn Trỗi - Trần Thị Lý [12]
3.2.2.3. Cỏc trường hợp tớnh toỏn
Ba trường hợp tớnh toỏn được thực hiện với cỏc số liệu địa chất khỏc nhau gồm:
Giữ nguyờn chiều dài cọc, đường kớnh cọc và thay đổi khoảng cỏch cọc
Trường hợp này, NCS sử dụng đường kớnh CĐXM thường dựng ở trờn thế giới và ở nước ta cụ thể D = 0,6; 0,7; 0,8m để tỡm ra được quy luật và chọn lựa được phương ỏn hợp lý lựa chọn quan hệ khoảng cỏch và đường kớnh cọc. Khoảng cỏch cọc được thay đổi theo tỷ lệ so với đường kớnh cọc lần lượt là d/D = 1,5; 2; 3; 4.
Giữ nguyờn chiều dài cọc và khoảng cỏch cọc, thay đổi đường kớnh cọc
Trường hợp này, NCS cố định khoảng cỏch của cỏc cọc, sau đú chọn đường kớnh theo cỏc tỷ lệ d/D =1,5; 2; 3; 4 để tỡm ra quy luật và đưa ra phương ỏn hợp lý lựa chọn quan hệ khoảng cỏch và đường kớnh cọc (khoảng cỏch cọc cố định ở đõy được chọn sao cho đường kớnh cọc phự hợp với những cụng trỡnh thực tế đó thi cụng).
Giữ nguyờn khoảng cỏch cọc và đường kớnh cọc, thay đổi chiều dài cọc
Trường hợp này, NCS đó tiến hành thay đổi chiều dài cọc cũng như thay đổi chiều dày lớp đất yếu:
Đối với trường hợp cố định chiều dày lớp đất yếu và thay đổi chiều dài cọc, NCS đó xột đến 3 trường hợp (CĐXM chưa vượt qua lớp đất yếu, CĐXM bằng chiều dày lớp đất yếu và CĐXM vượt qua lớp đất yếu).
Đối với trường hợp thay đổi chiều dày của lớp đất yếu để tỡm ra được chiều dài CĐXM tối đa nờn ỏp dụng. Ở trường hợp này NCS đó khảo sỏt thay đổi chiều dày lớp đất yếu từ 4m đến 30m.
3.2.3. Đường cao tốc Bến Lức – Long Thành (gúi thầu A5)
3.2.3.1.Giới thiệu về dự ỏn [11]
Đường cao tốc Bến Lức - Long Thành hỡnh thành nờn phần phớa nam đường vành đai cao tốc đụ thị TPHCM, cựng với đường nối về phớa Long Thành nối đường cao tốc TPHCM - Trung Lương (đó đưa vào khai thỏc vào thỏng 6 năm 2010) về phớa tõy, và nối với QL51 và đường cao tốc Long Thành - Dầu Giõy về phớa đụng. Toàn tuyến được chia thành 8 gúi thầu (từ A1-A8), sử dụng nhiều giải phỏp xử lý đất yếu như thay đất, bấc thấm, phương phỏp trộn sõu gia cố bằng hệ CĐXM… Trong đú phương phỏp CĐXM được đỏnh giỏ là cú nhiều ưu điểm và khỏ phự hợp với điều kiện thực tế.
3.2.3.2. Cỏc thụng số chớnh của nền đường và CĐXM
Cỏc thụng số chớnh của nền đường và CĐXM được mụ tả như sau:
đất đắp cđ x m đấ t y ế u đất nền
Hỡnh 3.2 - Sơ đồ cỏc lớp đất trong nền đường và cỏc điều kiện biờn
Cỏc tham số cơ lý của nền đường và CĐXM được lấy như trong (bảng 3.1) sau đõy.
Bảng 3.1- Cỏc đặc trưng cơ lý của đất yếu, CĐXM, đất đắp và đất nền [11]
Vật liệu Mụ đun đàn hồi E (kPa) Hệ số Poisson Khối lượng riờng (kg/m3) Gúc nội ma sỏt (o) Lực dớnh đơn vị c (kPa) Gúc trương nở Đất yếu 3150 0,35 1440 8,6 15 0 CĐXM 150000 0,2 2000 30 129 0 Đất đắp 50000 0,2 1900 30 0 0 Đất nền 30000 0,3 2010 20 250 0
Cỏc CĐXM được thiết kế như sau:
Đường kớnh cọc (D): NCS đó xột cỏc trường hợp D CĐXM thường dựng ở cỏc dự ỏn trờn thế giới và ở nước ta hiện nay D=0,6m; D= 0,7m.
Chiều dài cọc (L): thay đổi phụ thuộc vào chiều dày lớp đất yếu (cụ thể ở lý trỡnh này chiều dày lớp đất yếu =4m, lớp đất nền =5m). NCS chọn chiều dài CĐXM lần lượt L=2; 3; 4; 5; 6; 7; 8m với 2 trường hợp đường kớnh cọc D=0,6m và đường kớnh cọc D=0,7m.
+ Khoảng cỏch giữa cỏc cọc (d): NCS chọn khoảng cỏch giữa CĐXM thay đổi theo đường kớnh cọc sao cho d/D = 1,5; 2; 3; 4 lần.
3.2.3.3. Tớnh toỏn với trường hợp khụng xột đến lỳn cố kết theo thời gian
Ứng xử của phần đất yếu gia cố và nền đắp bờn trờn cú được như trờn hỡnh dưới đõy :
Hỡnh 3.3- Chuyển vị của bề mặt nền đất tự nhiờn (D=0,7m;d=2,8m) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hỡnh 3.5- Độ lỳn của bề mặt nền đất tự nhiờn (D = 0,7m; d = 1,4m)
Hỡnh 3.6 - Độ lỳn của bề mặt nền đất tự nhiờn (D = 0,7m; d = 2,1m)
3.2.3.4. Tớnh toỏn với trường hợp cú xột đến lỳn cố kết theo thời gian
Qỳa trỡnh phõn tớch tớnh toỏn được mụ tả như hỡnh sau :
Hỡnh 3.8- Qỳa trỡnh phõn tớch tớnh toỏn thi cụng